朱強(qiáng)教授：半固態(tài)成形技術(shù)在汽車輕量化上應(yīng)用前景可期！

　　——專訪國家“千人計(jì)劃“特聘專家 朱強(qiáng)博士

　　前言：隨著國內(nèi)汽車輕量化技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用的不斷深入，半固態(tài)成形技術(shù)作為汽車輕量化的一種新工藝，受到汽車業(yè)越來越多的關(guān)注。該技術(shù)在歐美和日本等發(fā)達(dá)國家的汽車領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)半固態(tài)成形技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用狀態(tài)如何，汽車輕量化大潮能否給半固態(tài)成形技術(shù)的發(fā)展帶來新的機(jī)遇。帶著這些疑問，近日中國汽車材料網(wǎng)對北京有色金屬研究總院首席專家，國家“千人計(jì)劃”特聘專家朱強(qiáng)教授進(jìn)行了專訪，以下是采訪實(shí)錄：

　　北京有色金屬研究總院首席專家， “千人計(jì)劃”國家特聘專家朱強(qiáng)博士

　　中國汽車材料網(wǎng)（Auto-Material，以下簡稱AM）：朱教授，您好，非常榮幸能有機(jī)會采訪到您。半固態(tài)成形技術(shù)應(yīng)該是您的主要研究方向之一，也是國際上這一領(lǐng)域的權(quán)威專家。對于國內(nèi)汽車領(lǐng)域，對這些技術(shù)還不是非常了解，請您簡要介紹一下半固態(tài)成形技術(shù)的概念及主要的工藝過程？

　　朱教授：半固態(tài)成形技術(shù)是對具有一定液相組分的固液混合漿料進(jìn)行壓鑄、擠壓或模鍛成形，是一種介于普通鑄造和鍛造之間的成形方法。20世紀(jì)70年代以來，該技術(shù)得到了歐美和日本等發(fā)達(dá)國家的普遍重視，已先后對鋁、鎂、銅、鋼鐵等合金和復(fù)合材料在半固態(tài)工藝試驗(yàn)和理論等方面開展了廣泛的研究。

　　半固態(tài)成形技術(shù)是利用非枝晶半固態(tài)金屬(Semi-Solid metals，簡稱SSM)獨(dú)有的流變性和攪熔性來控制鑄件的質(zhì)量。可分為觸變成形和流變成形。

　　觸變成形：如果漿流變漿料凝固成錠，按需要將此金屬錠切成一定大小，然后重新加熱(即坯料的二次加熱)至金屬的半固態(tài)溫度區(qū)(金屬錠稱為半固態(tài)金屬坯料)。利用金屬的半固態(tài)坯料進(jìn)行成形加工的方法為觸變成形。其工藝過程包括觸變坯料制備、二次加熱、半固態(tài)成形（如壓鑄等）、鋸切、固熔、時效、噴丸/拋丸。

　　流變成形：在金屬凝固過程中，控制金屬的形核和其長大過程，得到一種液態(tài)金屬母液中均勻地懸浮著一定球狀初生固相的固-液混合漿料(固相組分一般為50%左右)，即流變漿料，利用這種流變漿料直接進(jìn)行成形加工的方法稱之為半固態(tài)金屬的流變成形。流變成形的工藝過程包括熔煉、流變坯料制備、半固態(tài)壓鑄、鋸切、固熔、時效、噴丸/拋丸。

　　AM:輕合金的半固態(tài)成形技術(shù)相對鑄造和鍛造工藝的特點(diǎn)有哪些，存在哪些優(yōu)勢？

　　朱教授：鑄造成本較低、但組織粗大，有鑄造缺陷，力學(xué)性能較低；鍛造機(jī)加工的方法成本很高，但組織細(xì)小均勻，無鑄造缺陷，力學(xué)性能較高；而采用半固態(tài)成形技術(shù)既可以獲取基本同鍛造機(jī)加工一樣的力學(xué)性能，成本卻和鑄造相當(dāng)。

　　AM:朱教授團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)半固態(tài)成形技術(shù)的開發(fā)方面取得了哪些進(jìn)展？突破了哪些核心技術(shù)？

　　朱教授：我2010年回國后，加入了北京有色金屬研究總院，組建了半固態(tài)成形技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過近6年的研究和開發(fā)，成功開發(fā)了利用熱焓平衡原理制備半固態(tài)漿料技術(shù)以及半固態(tài)壓鑄成形技術(shù)，形成了半固態(tài)技術(shù)一整套全流程、多尺度的連續(xù)穩(wěn)定的工藝流程和生產(chǎn)示范線。利用熱平衡法制備的半固態(tài)漿料可以有效地控制鋁合金等的氧化物缺陷，滿足汽車工業(yè)對結(jié)構(gòu)件高質(zhì)量和大批量生產(chǎn)的需要。依托此技術(shù)已經(jīng)成功開發(fā)了98mm和148mm壓葉輪、卡箍、骨架接頭、合路器等產(chǎn)品，骨架接頭已經(jīng)批量供貨，用于某知名品牌電動大巴車上得到實(shí)際應(yīng)用。

　　團(tuán)隊(duì)并形成了6大核心技術(shù)：1、半固態(tài)合金成分設(shè)計(jì)原則，2、鋁合金熔煉凈化技術(shù)，3、無缺陷半固態(tài)漿料制備技術(shù)；4半固態(tài)成形模具設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，5、模擬仿真與半固態(tài)壓鑄成形技術(shù)，6、零部件后處理技術(shù)。

　　AM:半固態(tài)成形技術(shù)在國外汽車領(lǐng)域的應(yīng)用有哪些成熟的案例

　　朱教授：半固態(tài)成形技術(shù)在國外已經(jīng)獲得成功應(yīng)用，形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。

　　1.美國：1988年以來，美國AEMP為 Bendix牌小轎車生產(chǎn)了250萬個鋁合金汽缸頭，為Ford汽車公司生產(chǎn)了1500萬個鋁合金壓縮機(jī)活塞，成品率近100％；1992年AEMP公司與Superior工業(yè)公司合資在美國 Arkansas州建成了全 球首家觸變成形鋁合金輪轂廠；1993年AEMP公司幫助美國AMP公司建設(shè)的有7臺半固態(tài)成形系統(tǒng)的工廠，用于生產(chǎn)電工鋁合金零件；1995年，Concurrent Technologies Corp.為“歐洲人”汽車生產(chǎn)了后部懸掛構(gòu)件。另外，生產(chǎn)用于LPD-17兩棲攻擊艦的鈦液壓操縱閥。

　　2.歐洲：1985年，Alumax鋁業(yè)公司將有關(guān)觸變成形的專利技術(shù)向歐洲轉(zhuǎn)讓，生產(chǎn)Volvo、BMW和Audi等小轎車的鋁合金零件。 1993年 Weber 公司開始用半固態(tài)技術(shù)為 Nuova Lancia Delta公司生產(chǎn)油料注射擋。1993年瑞士Buehler公司開發(fā)出稱為SC的半固態(tài)壓鑄設(shè)備，并開始進(jìn)行汽車零件的生產(chǎn)。1996年，德國Alusingen公司建立半固態(tài)觸變成產(chǎn)線，主要生產(chǎn)懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件1997年，意大利的Stample和Fiat公司開始生產(chǎn)7kg的懸掛結(jié)構(gòu)件。還為福特Zeta發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)了燃油分配器。2000年，意大利的MM公司開始生產(chǎn)噴射油道產(chǎn)品，日生產(chǎn)量為7500件同時，德國的 EFU、法國的 Pechiney SA、瑞士的Alusuisse—Lonza、意大利的Fiat等國際 知名公司已采用了半固態(tài)加工技術(shù)。

　　3.亞洲：日本于80年代后期成立了一家由18個成員組成的Rheotech公司，隨后對半固態(tài)加 工技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，同時加強(qiáng)與美歐著名大學(xué)和公司的聯(lián)系。在1988年3 月至1994年6月期間共投資30億日圓進(jìn)行研究開發(fā)，下一步轉(zhuǎn)向工業(yè)應(yīng)用階段；日本レオツク（株）采用流變成形法對半固態(tài)AC4C合金（Al-7%Si-0.3%Mg）進(jìn)行了連桿的壓鑄。

　　AM:有色院在汽車半固態(tài)成形零部件開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面開展了哪些工作？

　　朱教授：除問題2所述的產(chǎn)品外，目前還在壓鑄行業(yè)內(nèi)推廣半固態(tài)成形技術(shù)。今年3月與深圳壓鑄協(xié)會共同組織成立半固態(tài)壓鑄成形創(chuàng)新聯(lián)盟，大會有用戶、半固態(tài)設(shè)備廠家、模具生產(chǎn)及配套廠家、壓鑄企業(yè)、原材料供應(yīng)商、媒體和投資公司等200余人參加，形成一個產(chǎn)學(xué)研用的技術(shù)產(chǎn)業(yè)“生態(tài)圈”，從上游、中游、下游形成合力，推廣半固態(tài)技術(shù)的規(guī)模化生產(chǎn)，讓用戶盡快可以用上半固態(tài)產(chǎn)品。

　　AM:您認(rèn)為半固態(tài)鋁合金成形技術(shù)的在國內(nèi)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用機(jī)會有哪些？有色院在下一步的市場推廣、應(yīng)用合作的方向是什么？

　　朱教授：半固態(tài)技術(shù)可以大幅降低零部件的氣孔缺陷和氧化物夾雜缺陷，提高產(chǎn)品性能和使用壽命，而生產(chǎn)節(jié)拍與通常的液態(tài)壓鑄相當(dāng)，因此非常適合大規(guī)模生產(chǎn)汽車零部件。近幾年，由于大氣污染，對汽車節(jié)能減排提出了更高要求。節(jié)能減排其中一個有效措施是汽車輕量化，以鋁代鋼。這是發(fā)展鋁合金半固態(tài)技術(shù)的一個契機(jī)。

　　目前汽車核心零部件如轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂、制動泵體發(fā)、動機(jī)支架、卡鉗、支撐塔、變速桿、搖臂、油泵殼體、輪轂、后橋部件等等產(chǎn)品都非常適合用半固態(tài)成形技術(shù)生產(chǎn)。有研總院下一步將與大學(xué)、生產(chǎn)企業(yè)和應(yīng)用企業(yè)聯(lián)合，開展產(chǎn)學(xué)研科學(xué)研究、技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，推廣在壓鑄企業(yè)中進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)，盡快為汽車的升級換代做出貢獻(xiàn)。

　　編后：和國外相比，我國在半固態(tài)成形技術(shù)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用還相對落后，特別是原創(chuàng)性理論技術(shù)研究還需加強(qiáng)。為了我國汽車工業(yè)的發(fā)展，提高我國汽車工業(yè)的水平和在國際市場上的競爭能力，需要采用各種新工藝和新材料來裝備我國的汽車工業(yè)，而推動半固態(tài)金屬成形技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用是目前的關(guān)鍵。近些年來，針對節(jié)能減排對汽車輕量化加工的迫切需求，半固態(tài)成形技術(shù)研究工作不斷的深入，輕質(zhì)合金半固態(tài)成形技術(shù)也不斷成熟，半固態(tài)成形技術(shù)在汽車輕量化上的應(yīng)用也越來越廣泛。

　　采訪結(jié)束時我們得知，朱強(qiáng)博士將于9月加入改革前沿深圳市的南方科技大學(xué)，進(jìn)行深入的科學(xué)技術(shù)研究以及教書育人。期望著朱博士能夠在半固態(tài)成形理論和技術(shù)創(chuàng)新上盡快取得更大成績，為我國的半固態(tài)成形技術(shù)領(lǐng)域培養(yǎng)更多高端人才，使我國在該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新走到世界前列。

　　專家介紹：朱強(qiáng)，博士，教授級高工,“千人計(jì)劃”國家特聘專家，北京有色金屬研究總院副總工程師、有色金屬加工事業(yè)部副主任。國際半固態(tài)加工技術(shù)委員會執(zhí)委，科技部863重大專項(xiàng)責(zé)任專家北京市科學(xué)技術(shù)獎勵評審專家，有色金屬協(xié)會專家。

　　先后參與或主持了中法合作項(xiàng)目、德國國家自然基金項(xiàng)目、英國國家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中英國際合作項(xiàng)目以及康明斯全球渦輪增壓器關(guān)鍵部件壓葉輪和渦輪的制備新工藝和壽命改進(jìn)項(xiàng)目。發(fā)表論文70余篇，出版學(xué)術(shù)專著1本，國際發(fā)明專利3項(xiàng)及中國發(fā)明專利1項(xiàng)。先后獲康明斯Steve Pawell科技創(chuàng)新進(jìn)步獎2次和北美國際模具鑄造/半固態(tài)加工2009優(yōu)勝獎1次，中國金屬學(xué)會優(yōu)秀論文獎1次。